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科技日?qǐng)?bào)記者 陸成寬

自然界中水結(jié)冰等相變現(xiàn)象非常普遍。30日，記者從中國(guó)科學(xué)院物理研究所獲悉，來(lái)自該所與北京大學(xué)等單位的研究人員，首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)水結(jié)晶成冰時(shí)可以直接形成立方冰，澄清了關(guān)于立方冰能否自然形成的爭(zhēng)議。相關(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)表于《自然》雜志。

在自然界中，我們常見(jiàn)的冰都呈六角片狀，被稱(chēng)為六角冰。早在1935年，諾獎(jiǎng)得主、美國(guó)著名化學(xué)家萊納斯·鮑林就曾預(yù)言還存在另一種形狀的冰——立方冰。“然而，單晶、純相的立方冰是否自然存在，一直都是科學(xué)界廣泛關(guān)注但懸而未決的爭(zhēng)議問(wèn)題。”中科院物理所研究員白雪冬坦言。

通過(guò)研發(fā)原位冷凍電鏡技術(shù)，結(jié)合原子分辨像差校正電鏡技術(shù)和低劑量電子束成像技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)成功以分子級(jí)分辨率觀測(cè)了冰的生長(zhǎng)結(jié)晶過(guò)程：在低溫冷盤(pán)上，氣相水凝結(jié)成冰晶時(shí)，立方冰優(yōu)先形核生長(zhǎng)，同時(shí)六角冰也在獨(dú)立形核生長(zhǎng)。

“我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了水結(jié)晶變成冰的過(guò)程中，可以形成各種形貌不一的單晶立方冰。”中科院物理所副研究員王立芬說(shuō)，但是，隨著時(shí)間的增加，在冰晶整體中，六角冰的占比會(huì)逐漸增加。據(jù)此，研究人員認(rèn)為，自然界中無(wú)處不在的異質(zhì)界面，比如灰塵、礦物質(zhì)的表面，在立方冰的形成中起著重要作用。

白雪冬表示，這項(xiàng)研究對(duì)冰晶結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)理研究、冰晶合成與應(yīng)用控制具有重要意義。

立方冰的分子級(jí)成像及形核結(jié)晶過(guò)程。圖片由中科院物理所提供

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